DE102021201617A1 - Electric motor for selective operation with at least two different supply voltages and switching device for the electric motor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (12) mit einem Rotor (40) und einem Stator (42), wobei der Stator (42) drei Statorpole (44) und jeder Statorpol (44I, 44", 44III) ein ganzzahliges Vielfaches an Statorzähnen (46) mit jeweils einer Mehrzahl von Wicklungen (48) zum Antrieb des Rotors (40) aufweist, wobei die Wicklungen (48) der Statorzähne (46) in ihrer Art und/oder Anzahl derart ausgelegt sind, dass der Elektromotor (12) über drei Phasen (U, V, W) wahlweise mit einer ersten Versorgungsspannung (UH), insbesondere für einen Netzbetrieb, oder mit zumindest einer gegenüber der ersten Versorgungsspannung (UH) deutlich unterschiedlichen zweiten Versorgungsspannung (UL), insbesondere für einen Akkubetrieb, betreibbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass sämtliche Wicklungen (48) eines Statorzahns (46I, 46II) für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung (UH) oder der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung (UL) in Reihe und/oder parallel schaltbar sind und dass die Phasen (U, V, W) als Sternschaltung oder als Dreieckschaltung schaltbar sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Umschaltvorrichtung (50) zur Ansteuerung der Wicklungen (48) des Elektromotors (12) sowie ein elektrisches Bearbeitungsgerät (10) mit dem Elektromotor (12) und der Umschaltvorrichtung (50).The invention relates to an electric motor (12) with a rotor (40) and a stator (42), the stator (42) having three stator poles (44) and each stator pole (44I, 44", 44III) having an integer multiple of stator teeth (46 ) each having a plurality of windings (48) for driving the rotor (40), the windings (48) of the stator teeth (46) being designed in terms of their type and/or number such that the electric motor (12) has three phases (U, V, W) can be operated either with a first supply voltage (UH), in particular for mains operation, or with at least one second supply voltage (UL) that is significantly different from the first supply voltage (UH), in particular for battery operation proposed that all windings (48) of a stator tooth (46I, 46II) can be connected in series and/or in parallel for operation with the first supply voltage (UH) or the at least one second supply voltage (UL) and that the phases (U, V , W ) can be switched as a star connection or as a delta connection. The invention also relates to a switching device (50) for controlling the windings (48) of the electric motor (12) and an electrical processing device (10) with the electric motor (12) and the switching device (50).
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor zum wahlweisen Betrieb mit einer ersten oder zumindest einer zweiten Versorgungsspannung sowie eine Umschaltvorrichtung zur Umschaltung der Wicklungen des Elektromotors und ein elektrisches Bearbeitungsgerät mit einem erfindungsgemäßen Elektromotor und einer erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to an electric motor for selective operation with a first or at least a second supply voltage and a switching device for switching the windings of the electric motor and an electrical processing device with an electric motor according to the invention and a switching device according to the invention according to the species of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Akkubetriebene Bearbeitungsgeräte, insbesondere Handwerkzeugmaschinen, haben in den letzten Jahren zunehmend ihre netzbetriebenen Pendants abgelöst, da die Akkupacks und die Elektromotoren immer leichter und leistungsfähiger wurden. Hier haben sich besonders die so genannten elektrisch kommutierten (EC) bzw. bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC) etabliert. Gerade in den hohen Leistungsklassen ist es trotz der leichten und kompakten EC-Motoren und der immer leistungsfähigeren Akkus bzw. Wechselakkupacks jedoch häufig notwendig, die Bearbeitungsgeräte über einen längeren Zeitraum zu betreiben, so dass die Akkus bzw. Wechselakkupacks relativ häufig geladen und/oder gewechselt werden müssen. Daher besteht ein Bedarf an so genannten Hybrid-Geräten mit entsprechenden Elektromotoren, die sowohl per Batterie als auch mit Netzstrom betrieben werden können.Battery-powered processing devices, especially handheld power tools, have increasingly replaced their mains-powered counterparts in recent years, since the battery packs and electric motors have become lighter and more powerful. The so-called electrically commutated (EC) or brushless direct current motors (BLDC) have established themselves here in particular. Despite the light and compact EC motors and the ever more powerful rechargeable batteries or replaceable battery packs, it is often necessary, especially in the high performance classes, to operate the processing equipment over a longer period of time, so that the rechargeable batteries or replaceable battery packs are charged and/or changed relatively frequently Need to become. There is therefore a need for so-called hybrid devices with corresponding electric motors that can be operated both by battery and by mains power.
Aus der
Die
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor, insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor, bereitzustellen, bei dem im Unterschied zum Stand der Technik sämtliche Wicklungen des Stators für einen Betrieb des Elektromotors mit mindestens zwei unterschiedlichen Versorgungsspannungen und für einen Betrieb in einer Stern- oder Dreieckschaltung genutzt werden können. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Umschaltvorrichtung für den Elektromotor bereitzustellen.It is the object of the invention to provide an electric motor, in particular a brushless DC motor, in which, in contrast to the prior art, all the windings of the stator are used to operate the electric motor with at least two different supply voltages and for operation in a star or delta circuit be able. In addition, the object of the invention is to provide a corresponding switching device for the electric motor.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Die Erfindung geht aus von einem Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Stator drei Statorpole und jeder Statorpol ein ganzzahliges Vielfachen an Statorzähnen mit jeweils einer Mehrzahl von Wicklungen zum Antrieb des Rotors aufweist. Die Wicklungen der Statorzähne sind in ihrer Art und/oder Anzahl derart ausgelegt, dass der Elektromotor über drei Phasen wahlweise mit einer ersten Versorgungsspannung, insbesondere für einen Netzbetrieb, oder mit zumindest einer gegenüber der ersten Versorgungsspannung deutlich unterschiedlichen zweiten Versorgungsspannung, insbesondere für einen Akkubetrieb, betreibbar ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass sämtliche Wicklungen eines Statorzahns für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung oder der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung in Reihe und/oder parallel schaltbar sind und dass die Phasen als Sternschaltung oder als Dreieckschaltung schaltbar sind. Mit besonderem Vorteil erlaubt ein derartiger Elektromotor einen sehr universellen Einsatz von kleinen Gleichspannungen bis zu hohen Wechselspannungen in Verbindung mit einer einfach auszulegenden und kostengünstigen Leistungselektronik bzw. Umschaltvorrichtung zur Beschaltung der Wicklungen des Elektromotors. Dadurch, dass stets sämtliche Wicklungen des Elektromotors für den Betrieb mit der ersten und mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung bestromt werden, ist mit besonderem Vorteil ein gegenüber dem Stand der Technik reduziertes Gewicht bei kompakter und kostengünstiger Bauweise des Elektromotors möglich. Eine optimale magnetische Kopplung der Wicklungen an den Stator des Elektromotors gewährleistet zudem eine hohe Effektivität. Durch die wahlweise Verschaltung der Phasen als Stern- oder Dreieckschaltung ergibt sich einerseits in Verbindung mit der Sternschaltung eine deutliche Reduzierung des Strombedarfs um einen Faktor von 1,73 je Phase bzw. Statorpol, was insbesondere bei einem Anlaufen des Elektromotors von Vorteil ist, während in der Dreieckschaltung hohe Ströme und Leistungen nutzbar sind. Die besondere Auslegung des erfindungsgemäßen Elektromotors erlaub so beispielsweise bei einem Betrieb mit einer gleichgerichteten, ersten Versorgungsspannung von 300 V und einer zweiten Versorgungsspannung von 36 V eine Reduzierung der notwendigen Wicklungen je Statorpol von 8 (≅ 300 V / 36 V) auf 4 (≅ 300 V / 36 V / 1,73). Unter dem Begriff „Art der Wicklung“ soll insbesondere die Anzahl der Windungen, der Querschnitt und/oder das Material der Wicklung verstanden werden.The invention is based on an electric motor with a rotor and a stator, the stator having three stator poles and each stator pole having an integer multiple of stator teeth, each with a plurality of windings for driving the rotor. The windings of the stator teeth are designed in terms of their type and/or number in such a way that the electric motor can be supplied over three phases either with a first supply voltage, in particular for mains operation, or with at least one second supply voltage that is significantly different from the first supply voltage, in particular for battery operation. is operable. To solve the task it is provided that all windings of a stator tooth can be connected in series and/or in parallel for operation with the first supply voltage or the at least one second supply voltage and that the phases can be connected as a star connection or as a delta connection. With particular advantage, such an electric motor allows a very universal use of low DC voltages up to high AC voltages in connection with an easy to design and inexpensive power electronics or switching device for wiring the windings of the electric motor. Due to the fact that all windings of the electric motor are always energized for operation with the first and with the at least one second supply voltage, a reduced weight compared to the prior art is possible with a compact and cost-effective design of the electric motor. An optimal Magnetic coupling of the windings to the stator of the electric motor also ensures high effectiveness. The optional connection of the phases as a star or delta connection results, on the one hand, in connection with the star connection, in a significant reduction in the power requirement by a factor of 1.73 per phase or stator pole, which is particularly advantageous when the electric motor starts up, while in high currents and power can be used in the delta connection. The special design of the electric motor according to the invention allows, for example, when operating with a rectified, first supply voltage of 300 V and a second supply voltage of 36 V, a reduction in the necessary windings per stator pole from 8 (≅ 300 V / 36 V) to 4 (≅ 300 V / 36V / 1.73). The term "type of winding" is intended to mean in particular the number of turns, the cross section and/or the material of the winding.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Umschaltvorrichtung zur Ansteuerung der Wicklungen des erfindungsgemäßen Elektromotors, wobei mittels der Umschaltvorrichtung die Wicklungen der Statorzähne des Elektromotors für den Betrieb mit der ersten oder der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung in Reihe und/oder parallel und darüber hinaus die Phasen als Sternschaltung oder als Dreieckschaltung schaltbar sind. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Bearbeitungsgerät mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor und der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung.The invention also relates to a switching device for controlling the windings of the electric motor according to the invention, with the switching device being used to switch the windings of the stator teeth of the electric motor for operation with the first or the at least one second supply voltage in series and/or in parallel and also the phases as a star connection or can be switched as a delta connection. Furthermore, the invention relates to an electrical processing device with the electric motor according to the invention and the switching device according to the invention.
Als „elektrische Bearbeitungsgeräte“ sollen im Kontext der Erfindung unter anderem akku- und/oder netzbetriebene Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines elektrisch angetriebenen Einsatzwerkzeugs verstanden werden. Dabei kann das elektrische Bearbeitungsgerät sowohl als Handwerkzeugmaschine als auch als stationäre Werkzeugmaschine ausgebildet sein. Typische Werkzeugmaschinen sind in diesem Zusammenhang Hand- oder Standbohrmaschinen, Schrauber, Schlagbohrmaschinen, Hobel, Winkelschleifer, Schwingschleifer, Poliermaschinen oder dergleichen. Als elektrische Bearbeitungsgeräte kommen aber auch elektromotorisch angetriebene Garten- und Baugeräte wie Rasenmäher, Rasentrimmer, Astsägen, Motor- und Grabenfräsen, Gebläse, Roboter-Breaker und -Bagger oder dergleichen in Frage. Weiterhin ist die Erfindung auf dreiphasige Elektromotoren von Haushaltgeräten, wie Staubsauger, Mixer, etc. anwendbar. Unter dem Begriff elektrisches Bearbeitungsgerät können zudem elektromotorisch angetriebene Straßen- und Schienenfahrzeuge sowie Flugzeuge und Schiffe bzw. Boote verstanden werden.In the context of the invention, “electrical processing devices” should be understood to mean, among other things, battery-operated and/or mains-operated machine tools for processing workpieces using an electrically driven insert tool. The electrical processing device can be designed both as a hand-held power tool and as a stationary power tool. In this context, typical machine tools are hand-held or stationary drills, screwdrivers, percussion drills, planers, angle grinders, orbital grinders, polishing machines or the like. Garden and construction equipment driven by an electric motor, such as lawn mowers, lawn trimmers, pruning saws, engine and trench cutters, blowers, robot breaker and excavator or the like also come into consideration as electrical processing equipment. Furthermore, the invention can be applied to three-phase electric motors of household appliances such as vacuum cleaners, mixers, etc. The term electrical processing device can also be understood to mean road and rail vehicles driven by electric motors, as well as aircraft and ships or boats.
Unter einem „Betrieb mit einer ersten Versorgungsspannung“ bzw. einem „Netzbetrieb“ soll insbesondere ein Betrieb mit einer Wechselspannung (AC) im Bereich von ca. 110 bis 240 V verstanden werden. Für Industrieroboter, Straßen- und Schienenfahrzeuge sowie Flugzeuge und Schiffe kommen aber auch deutlich höhere Wechselspannungen von mehreren 1000 V in Betracht. Dabei sind die typischen Wechselspannungen primär von den länderspezifischen Werten und den Einsatzzwecken abhängig. Unter einem „Betrieb mit einer gegenüber der ersten Versorgungsspannung deutlich unterschiedlichen zweiten Versorgungsspannung“ bzw. einem „Akkubetrieb“ soll insbesondere ein Betrieb mit einer Gleichspannung (DC) im Bereich von 3,6 bis 180 V verstanden werden. Doch auch hier können für Fahrzeuge, Flugzeuge und Schiffe noch deutlich höhere Akkuspannungen von mehreren 100 V in Frage kommen. Die Gleichspannungswerte richten sich in erster Linie nach den typischen Zellspannungen von Li-Ionen-Zellen. Es kommen aber auch andere Zellspannungen für z.B. Pouch-Zellen und/oder Zellen mit anderer elektrochemischer Zusammensetzung in Frage. Zudem sei angemerkt, dass sich der Begriff „deutlich unterschiedliche Versorgungsspannung“ nicht nur auf die Amplitude, sondern auch auf die Frequenz der Versorgungsspannung beziehen kann. Für einen Akkubetrieb können sowohl austauschbare Wechselakkupacks als auch fest integrierte Akkus mit einer beliebigen Anzahl von Akkuzellen in Frage kommen. Über entsprechend ausgebildeten elektromechanischen Schnittstellen können die Wechselakkupacks mit dem elektrischen Bearbeitungsgerät kraft- und/oder formschlüssig lösbar verbunden werden. Unter einer „lösbaren Verbindung“ soll insbesondere eine werkzeuglos - also von Hand - lösbare und herstellbare Verbindung verstanden werden. Da der Fachmann derartige Akkus und Wechselakkupacks sowie die entsprechenden elektromechanischen Schnittstellen hinlänglich kennt, soll hierauf nicht weiter im Detail eingegangen werden. Die Begriffe Akku, Akkupack und Wechselakkupack sollen nachfolgend als Synonym verstanden werden, da sie für die Erfindung dieselbe Bedeutung haben.“Operation with a first supply voltage” or “mains operation” should be understood to mean, in particular, operation with an alternating current (AC) in the range from approx. 110 to 240 V. For industrial robots, road and rail vehicles as well as airplanes and ships, significantly higher AC voltages of several 1000 V can also be considered. The typical AC voltages are primarily dependent on the country-specific values and the intended use. “Operation with a second supply voltage that is significantly different from the first supply voltage” or “battery operation” should be understood to mean, in particular, operation with a direct voltage (DC) in the range from 3.6 to 180 V. But even here, significantly higher battery voltages of several 100 V can be considered for vehicles, airplanes and ships. The DC voltage values are primarily based on the typical cell voltages of Li-ion cells. However, other cell voltages are also possible, for example for pouch cells and/or cells with a different electrochemical composition. It should also be noted that the term "significantly different supply voltage" can refer not only to the amplitude but also to the frequency of the supply voltage. Both replaceable exchangeable battery packs and permanently integrated batteries with any number of battery cells can be considered for battery operation. The exchangeable battery packs can be detachably connected to the electrical processing device in a non-positive and/or positive manner via suitably designed electromechanical interfaces. A "releasable connection" is to be understood in particular as a connection that can be released and produced without tools, ie by hand. Since the person skilled in the art is sufficiently familiar with such rechargeable batteries and exchangeable rechargeable battery packs as well as the corresponding electromechanical interfaces, they will not be discussed in any further detail. The terms rechargeable battery, rechargeable battery pack and exchangeable rechargeable battery pack are to be understood below as synonyms, since they have the same meaning for the invention.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für einen Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung sämtliche Wicklungen eines Statorpols parallel und die Phasen in einer Dreieckschaltung geschaltet sind. Alternativ oder ergänzend ist vorgesehen, dass für einen Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung sämtliche Wicklungen eines Statorpols in Reihe und die Phasen in einer Sternschaltung geschaltet sind. Um somit immer alle Wicklungen des Stators gleichzeitig zu bestromen, kann der Elektromotor bei optimaler Ausnutzung des Bauraums und minimaler Wicklungsanzahl einerseits mit einer Sternschaltung der Phasen für die erste Versorgungsspannung und mit einer Dreieckschaltung der Phasen für die zumindest eine zweite Versorgungsspannung betrieben werden.In a further embodiment of the invention, it is provided that, for operation with the first supply voltage, all the windings of a stator pole are connected in parallel and the phases are connected in a delta circuit. Alternatively or additionally, it is provided that for operation with the at least one second supply voltage, all the windings of a stator pole are connected in series and the phases are connected in a star connection. In order to always energize all windings of the stator at the same time, the electric motor can be used with optimum utilization of the installation space and a minimum number of windings with a star connection of the phases for the first supply voltage and with a delta connection tion of the phases for the at least one second supply voltage are operated.
Die Anzahl der Wicklungen eines Statorpols des Elektromotors ist im Wesentlichen abhängig vom Verhältnis der ersten zu der zumindest einen zweiten Versorgungspannung. Bei einer ersten Versorgungsspannung, insbesondere einer Netzspannung, von beispielsweise 230 V AC, die gleichgerichtet typischerweise 300 V entspricht, und einer zweiten Versorgungsspannung, insbesondere einer Akkuspannung, von beispielsweise 36 V ergibt sich so eine Anzahl von 8 Wicklungen je Statorpol, was bei zwei Statorzähnen 4 Wicklungen pro Statorzahn entspricht. Mit besonderen Vorteil kann diese Anzahl im Falle einer Sternschaltung der Phasen weiter um einen Faktor 1,73 (Wurzel 3) reduziert werden, so dass für dasselbe Spannungsverhältnis pro Statorzahn dann nur noch zwei Wicklungen erforderlich sind.The number of windings of a stator pole of the electric motor is essentially dependent on the ratio of the first to the at least one second supply voltage. With a first supply voltage, in particular a mains voltage of, for example, 230 V AC, which typically corresponds to 300 V rectified, and a second supply voltage, in particular a battery voltage, of, for example, 36 V, this results in a number of 8 windings per stator pole, which with two stator teeth 4 windings per stator tooth. With particular advantage, this number can be further reduced by a factor of 1.73 (root 3) in the case of a star connection of the phases, so that only two windings are then required per stator tooth for the same voltage ratio.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Elektromotor bei Umschaltung der Wicklungen zwischen dem Betrieb mit der ersten und der zumindest einen zweiten Versorgungspannung sowohl mit in Sternschaltung als auch mit in Dreieckschaltung geschalteten Phasen mit im Wesentlichen gleicher Maximalleistung betreibbar ist.In a development of the invention, it is provided that the electric motor can be operated with substantially the same maximum power when the windings are switched between operation with the first and the at least one second supply voltage both with phases connected in a star connection and with phases connected in a delta connection.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Umschaltvorrichtung eine Mehrzahl erster Schaltelemente zur Reihenschaltung der Wicklungen der Statorzähne und eine Mehrzahl zweiter Schaltelemente zur Parallelschaltung der Wicklungen der Statorzähne aufweist. Dabei sind für jeden Statorpol mit jeweils M Statorzähnen und N Wicklungen je Statorzahn M * N - 1 erste Schaltelemente zur Reihenschaltung und M * (2N - 1) zweite Schaltelemente zur Parallelschaltung der insgesamt M * N Stator-Wicklungen vorgesehen. Bei einem dreiphasigen Stator mit drei Statorpolen, M = 2 Statorzähnen pro Statorpol und N = 2 Wicklungen pro Statorzahn ergeben sich auf diese Weise je Statorpol 2 * 2 - 1 = 3 erste und 2 * (4 - 1) = 6 zweite Schaltelemente. In Summe weist die Umschalteinrichtung daher 3 * 9 = 27 erste und zweite Schaltelemente auf. Zur Reihenschaltung der Wicklungen werden die ersten Schaltelemente der Umschaltvorrichtung geschlossen und die zweiten Schaltelemente geöffnet, während zur Parallelschaltung der Wicklungen in umgekehrter Weise die ersten Schaltelemente geöffnet und die zweiten Schaltelemente geschlossen werden.Furthermore, it is provided that the switching device according to the invention has a plurality of first switching elements for series connection of the windings of the stator teeth and a plurality of second switching elements for parallel connection of the windings of the stator teeth. For each stator pole with M stator teeth and N windings per stator tooth, M*N-1 first switching elements are provided for series connection and M*(2N-1) second switching elements for parallel connection of the total of M*N stator windings. In a three-phase stator with three stator poles, M=2 stator teeth per stator pole and N=2 windings per stator tooth, this results in 2*2−1=3 first and 2*(4−1)=6 second switching elements per stator pole. The switching device therefore has a total of 3*9=27 first and second switching elements. For the series connection of the windings, the first switching elements of the switching device are closed and the second switching elements are opened, while for the parallel connection of the windings, in the reverse manner, the first switching elements are opened and the second switching elements are closed.
Zum ergänzenden Schalten der Dreieck- oder Sternschaltung der Phasen ist je Statorpol zusätzlich noch ein drittes und ein viertes Schaltelement vorgesehen. Dabei werden zur Sternschaltung der Phasen die dritten Schaltelemente geschlossen und die vierten Schaltelemente geöffnet, während für die Dreieckschaltung der Phasen die dritten Schaltelemente geöffnet und die vierten Schaltelemente geschlossen werden. Zurückkommend auf das obige Beispiel eines dreiphasigen Elektromotors mit M = 2 Statorzähnen je Statorpol und N = 2 Wicklungen je Statorzahn ergeben sich so in Summe 27 + 6 = 33 erste, zweite, dritte und vierte Schaltelemente für die Umschaltvorrichtung. Zum Aktivieren der Reihenschaltung der Wicklungen in Verbindung mit einer Sternschaltung der Phasen werden dann alle ersten und dritten Schaltelemente geschlossen und alle zweiten und vierten Schaltelemente geöffnet. Zum Aktivieren der Parallelschaltung der Wicklungen in Kombination mit einer Dreieckschaltung der Phasen werden alle zweiten und vierten Schaltelemente geschlossen und alle ersten und dritten Schaltelemente geöffnet. Dies kann gleichzeitig erfolgen oder mit besonderem Vorteil zur Vermeidung von Kurzschlüssen mit einer Totzeit zwischen den Umschaltvorgängen.For additional switching of the delta or star connection of the phases, a third and fourth switching element is also provided for each stator pole. The third switching elements are closed and the fourth switching elements are opened for the star connection of the phases, while the third switching elements are opened and the fourth switching elements are closed for the delta connection of the phases. Coming back to the above example of a three-phase electric motor with M=2 stator teeth per stator pole and N=2 windings per stator tooth, this results in a total of 27+6=33 first, second, third and fourth switching elements for the switching device. In order to activate the series connection of the windings in conjunction with a star connection of the phases, all the first and third switching elements are then closed and all the second and fourth switching elements are opened. To activate the parallel connection of the windings in combination with a delta connection of the phases, all second and fourth switching elements are closed and all first and third switching elements are opened. This can be done simultaneously or with particular advantage to avoid short circuits with a dead time between the switching processes.
Um den Elektromotor auch in Ländern mit leicht abweichenden ersten Versorgungspannungen betreiben zu können (beispielsweise Japan, Australien, etc.), ist je Statorpol ein weiteres Schaltelement zur Reihenschaltung mit einer schaltbaren Last, insbesondere einem Leistungswiderstand, vorgesehen. So kann durch Aktivierung der Last auf sehr einfache Weise ein Betrieb mit 240 V statt 230 V oder mit 120 V statt 100 V realisiert werden.In order to be able to operate the electric motor in countries with slightly different first supply voltages (for example Japan, Australia, etc.), a further switching element for series connection with a switchable load, in particular a power resistor, is provided for each stator pole. By activating the load, operation with 240 V instead of 230 V or with 120 V instead of 100 V can be implemented very easily.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Umschaltvorrichtung zusätzliche Schaltelemente zur Umschaltung einer Lage- und/oder Drehzahlsensorik für den Rotor des Elektromotors in Abhängigkeit vom Betrieb des Elektromotors mit der ersten Versorgungsspannung oder mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung auf. Somit ist es möglich, die Lage- und/oder Drehzahlsensorik in besonders einfacher Weise an eine Steuer- oder Regelelektronik bzw. eine von dieser gesteuerten Leistungselektronik zum korrekten Betrieb des Elektromotors anzupassen.In a further embodiment, the switching device has additional switching elements for switching a position and/or speed sensor system for the rotor of the electric motor depending on the operation of the electric motor with the first supply voltage or with the at least one second supply voltage. It is thus possible to adapt the position and/or rotational speed sensors in a particularly simple manner to control or regulating electronics or power electronics controlled by them for correct operation of the electric motor.
Sämtliche Schaltelemente der Umschaltvorrichtung können als Halbleiter-Schalter, insbesondere als MOSFET, Feldeffekt-Transistor, IGBT, Bipolar-Transistor, oder dergleichen, oder auch als Relais ausgebildet sein. Ebenso sind je nach Anforderung an die Belastbarkeit und Schaltgeschwindigkeit auch Mischformen derart denkbar, dass beispielsweise die ersten und zweiten Schaltelemente als Halbleiter-Schalter und die dritten und vierten Schaltelemente als Relais ausgebildet sind.All switching elements of the switching device can be designed as semiconductor switches, in particular as MOSFETs, field effect transistors, IGBTs, bipolar transistors or the like, or as relays. Depending on the load capacity and switching speed requirements, mixed forms are also conceivable such that, for example, the first and second switching elements are in the form of semiconductor switches and the third and fourth switching elements are in the form of relays.
Um einen möglichst kompakten Elektromotor mit einfacher Austauschbarkeit zu ermöglichen, ist die Umschaltvorrichtung als eine modulare Baugruppe des Elektromotors ausgebildet.In order to enable an electric motor that is as compact as possible and easy to replace, the switching device is designed as a modular assembly of the electric motor.
Ferner ist vorgesehen, dass das elektrische Bearbeitungsgerät eine Steuer- oder Regelelektronik zur Ansteuerung der Umschaltvorrichtung aufweist. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen und zur Erhöhung der Betriebssicherheit ist zudem vorgesehen, dass die Steuer- oder Regelelektronik jeweils die ersten und die zweiten sowie die dritten und die vierten Schaltelemente mit einer Totzeit schaltet. Sprich, die zweiten und/oder die vierten Schaltelemente werden erst geschlossen, nachdem die ersten bzw. die dritten Schaltelemente über die Dauer der Totzeit geöffnet waren, so dass für die Dauer der Totzeit alle Schaltelemente geöffnet sind. In analoger Weise werden die ersten und/oder die dritten Schaltelemente erst geschlossen, nachdem die zweiten bzw. die vierten Schaltelemente über die Dauer der Totzeit geöffnet waren. Als Totzeit kann je nach Schaltgeschwindigkeit der Schaltelemente eine Dauer von wenigen Millisekunden bis einige Sekunden in Frage kommen. Mit zunehmender Technologie-Entwicklung bei den Halbleitern-Schaltern, insbesondere bei den MOSFET, IGBT, etc., sind aber auch Totzeiten von deutlich unter einer Millisekunde im Nanosekundenbereich denkbar. Im Falle einer elektromechanisch ausgestalten Umschaltvorrichtung hängen die Totzeiten dagegen auch von der Umschaltgeschwindigkeit des Bedieners ab.Furthermore, it is provided that the electrical processing device has control or regulating electronics for controlling the switching device. In order to avoid short circuits and to increase operational reliability, it is also provided that the control or regulating electronics switch the first and the second as well as the third and the fourth switching elements with a dead time. In other words, the second and/or fourth switching elements are only closed after the first or third switching elements have been open for the duration of the dead time, so that all switching elements are open for the duration of the dead time. In an analogous manner, the first and/or the third switching elements are only closed after the second or the fourth switching elements have been open for the duration of the dead time. Depending on the switching speed of the switching elements, the dead time can range from a few milliseconds to a few seconds. With increasing technology development in the semiconductor switches, in particular in the MOSFET, IGBT, etc., however, dead times of well under a millisecond in the nanosecond range are also conceivable. In contrast, in the case of an electromechanically designed switching device, the dead times also depend on the switching speed of the operator.
Der Umschaltvorrichtung ist eine Leistungsbrücke zur Ansteuerung der einzelnen Wicklungen des Stators des Elektromotors per Pulsweitenmodulation (PWM) vorgeschaltet. Dazu ist die Leistungsbrücke in der Regel für jede Phase bzw. jeden Statorpol als eine H-Brücke ausgebildet. Über die Leistungsbrücke kann der Elektromotor insbesondere mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder Drehmomenten angesteuert werden. Es kommen aber auch B6-Schaltungen oder dergleichen als Leistungsbrücke in Frage.A power bridge for controlling the individual windings of the stator of the electric motor via pulse width modulation (PWM) is connected upstream of the switching device. For this purpose, the power bridge is generally designed as an H-bridge for each phase or each stator pole. The electric motor can be controlled in particular with different speeds and/or torques via the power bridge. However, B6 circuits or the like can also be used as a power bridge.
Die Umschaltvorrichtung, die Leistungsbrücke sowie etwaige weitere elektrische Bauelement zur Gleichrichtung, Spannungswandlung, Siebung und/oder Endstörung der ersten und der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung bilden zusammen eine Leistungselektronik. Unter dem Begriff „Leistungselektronik“ soll daher der Teil der den Elektromotor ansteuernden Elektronik verstanden werden, der primär die Wicklungsströme aufnimmt. Somit unterscheidet sich die Leistungselektronik von der sie ansteuernden Steuer- bzw. Regelelektronik. In der Regel ist die Leistungselektronik im elektrischen Bearbeitungsgerät verbaut und kann so spezifisch auf den jeweiligen Bedarf des Geräts angepasst werden. So sind Über- oder Unterdimensionierungen der Leistungselektronik vermeidbar. Bearbeitungsgeräte mit hohem Energiebedarf (z.B. Winkelschleifer, große Bohr- und Abrisshämmer, professionelle Küchenmaschinen etc.) erhalten beispielsweise eine entsprechend leistungsfähige Leistungselektronik, während bei Bearbeitungsgeräten mit eher kleinem Energiebedarf (z.B. Schrauber, Pürierstab, etc.) eine kostengünstige und deutlich geringer belastbare Leistungselektronik zum Einsatz kommen kann. Insbesondere bei Akkugeräten ist dann keine aufwändige Leistungselektronik z.B. in Form eines DC/DC-Wandlers mit einem großen Verhältnis zwischen der Eingangs- und der Ausgangsspannung mehr erforderlich, was einen kompakten Gesamt-Antriebsstrang zur Folge hat.The switching device, the power bridge and any other electrical components for rectifying, voltage conversion, filtering and/or end interference of the first and the at least one second supply voltage together form power electronics. The term "power electronics" should therefore be understood to mean the part of the electronics that controls the electric motor, which primarily absorbs the winding currents. The power electronics therefore differ from the control and regulation electronics that actuate them. As a rule, the power electronics are installed in the electrical processing device and can thus be specifically adapted to the respective requirements of the device. In this way, over- or under-dimensioning of the power electronics can be avoided. Processing devices with a high energy requirement (e.g. angle grinders, large rotary and demolition hammers, professional kitchen appliances, etc.), for example, have correspondingly powerful power electronics, while processing devices with a rather low energy requirement (e.g. screwdrivers, hand blender, etc.) have cost-effective and significantly less resilient power electronics can be used. In the case of battery-powered devices in particular, complex power electronics, e.g. in the form of a DC/DC converter with a large ratio between the input and output voltage, are then no longer required, resulting in a compact overall drive train.
Durch die Möglichkeit, je nach Bedarf auf einzelne Komponenten im elektronischen Bearbeitungsgerät verzichten zu können, ergibt sich ein modulares Gesamtkonzept insbesondere aus Leistungsbrücke, Umschaltvorrichtung und Elektromotor für die folgenden Anwendungsfälle:
- • Multispannungsgeräte für Hybrid-Betrieb (Akku- und/oder Netzbetrieb): das elektrische Bearbeitungsgerät kann wahlweise für einen Netzbetrieb mit mehreren ersten Versorgungsspannungen bzw. einer Zwischenspannung und zumindest einer ersten Versorgungsspannung von z.B. 120 V und 230 V und/oder für einen Akkubetrieb mit mehreren zweiten Versorgungsspannungen von z.B. 18 V, 36 V oder 72 V ausgelegt sein.
- • Multispannungsgeräte für Netzbetrieb: das elektrische Bearbeitungsgerät kann für einen Netzbetrieb mit mehreren ersten Versorgungsspannungen bzw. einer Zwischenspannung und zumindest einer ersten Versorgungsspannung von z.B. 120 V und 230 V ausgelegt sein. Somit kann auf den DC-Teil der Leistungselektronik verzichtet werden.
- • Multispannungsgeräte für Akkubetrieb: das elektrische Bearbeitungsgerät kann für einen Akkubetrieb mit mehreren zweiten Versorgungsspannungen von z.B. 18 V, 36 V oder 72 V ausgelegt sein, so dass auf den AC-Teil der Leistungselektronik verzichtet werden kann.
- • Dualspannungsgeräte für Hybrid-Betrieb (Akku- und/oder Netzbetrieb): das elektrische Bearbeitungsgerät kann wahlweise für einen Netzbetrieb mit einer ersten Versorgungsspannung von z.B. 230 V oder für einen Akkubetrieb mit einer zweiten Versorgungsspannung von z.B. 36 V ausgelegt sein. Dies ermöglicht den Einsatz einer einfacheren Leistungselektronik für eine reduzierte Anzahl von Reihen- bzw. Parallelverschaltungen der Wicklungen je Statorpol.
- • Einzelspannungsgeräte für Netzbetrieb, z.B. 230 V.
- • Einzelspannungsgeräte für Akkubetrieb, z.B. 36 V.
- • Multi-voltage devices for hybrid operation (battery and/or mains operation): the electrical processing device can optionally be used for mains operation with several first supply voltages or an intermediate voltage and at least one first supply voltage of e.g. 120 V and 230 V and/or for battery operation be designed several second supply voltages of 18 V, 36 V or 72 V, for example.
- • Multi-voltage devices for mains operation: the electrical processing device can be designed for mains operation with a plurality of first supply voltages or an intermediate voltage and at least one first supply voltage of, for example, 120 V and 230 V. This means that the DC part of the power electronics can be dispensed with.
- • Multi-voltage devices for battery operation: the electrical processing device can be designed for battery operation with several second supply voltages of eg 18 V, 36 V or 72 V, so that the AC part of the power electronics can be dispensed with.
- • Dual-voltage devices for hybrid operation (battery and/or mains operation): the electrical processing device can be designed either for mains operation with a first supply voltage of, for example, 230 V or for battery operation with a second supply voltage of, for example, 36 V. This enables the use of simpler power electronics for a reduced number of series or parallel connections of the windings per stator pole.
- • Single voltage devices for mains operation, eg 230 V.
- • Single voltage devices for battery operation, e.g. 36 V.
Weitere Möglichkeiten zur Erzeugung des Anforderungssignals für die Umschaltung zwischen den Betriebsarten des Elektromotors werden nachfolgend in den Ausführungsbeispielen beschrieben.Further options for generating the request signal for switching between the operating modes of the electric motor are described below in the exemplary embodiments.
Ausführungsbeispieleexemplary embodiments
Figurenlistecharacter list
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der
Es zeigen
-
1 : eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines handgehaltenen Drehschlagschraubers, -
2 : eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit einem vier Wicklungen tragenden Statorzahn, -
3 : eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektromotors mit einem zwei Wicklungen tragenden Statorzahn, -
4 : ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektromotors für eine Parallelschaltung der vier Wicklungen eines Statorpols und eine Dreieckschaltung der drei Phasen des Elektromotors, -
5 : ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektromotors für eine Reihenschaltung der vier Wicklungen eines Statorpols und eine Sternschaltung der drei Phasen des Elektromotors, -
6 : ein Blockschalbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung für den Elektromotor gemäß der3 bis5 , -
7 : eine Explosionszeichnung des erfindungsgemäßen Elektromotors mit einer erfindungsgemäßen, elektromechanischen Umschaltvorrichtung, -
8 : Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße, elektromechanische Umschaltvorrichtung mit einem verdrehbar ausgestalteten Träger, -
9 : Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße, elektromechanische Umschaltvorrichtung mit einem verschiebbar ausgestalteten Träger, -
10 : weitere Ausführungsbeispiele für einen verschiebbaren Träger der erfindungsgemäßen, elektromechanischen Umschaltvorrichtung, -
11 : ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen verdrehbaren Träger der erfindungsgemäßen, elektromechanischen Umschaltvorrichtung, -
12 : ein schematisches Blockschaltbild für das erfindungsgemäße elektrische Bearbeitungsgerät, -
13 : eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Abrisshammers, -
14 : eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Abrisshammers, -
15 : Ausführungsbeispiele für eine vibrationsentkoppelte Lagerung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung mit druckbelasteten Dämpfungselementen in Form von Gummidämpfern, -
16 : Ausführungsbeispiele für eine vibrationsentkoppelte Lagerung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung mit zugbelasteten Dämpfungselementen in Form von Gummidämpfern, -
17 : Ausführungsbeispiele für eine vibrationsentkoppelte Lagerung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung mit druckbelasteten Dämpfungselementen in Form von Federdämpfern, -
18 : Ausführungsbeispiele für eine vibrationsentkoppelte Lagerung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung mit zugbelasteten Dämpfungselementen in Form von Federdämpfern, -
19 : eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Bohrhammers, -
20 : eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Winkelschleifers, -
21 : eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Industriestaubsaugers und -
22 : eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Rasenmähers.
-
1 : a schematic representation of a first exemplary embodiment of an electrical processing device according to the invention in the form of a hand-held impact wrench, -
2 : a schematic representation of a first exemplary embodiment of an electric motor according to the invention with a stator tooth carrying four windings, -
3 : a schematic representation of a second exemplary embodiment of the electric motor according to the invention with a stator tooth carrying two windings, -
4 : a circuit diagram of an embodiment of the electric motor according to the invention for a parallel connection of the four windings of a stator pole and a delta connection of the three phases of the electric motor, -
5 : a circuit diagram of an embodiment of the electric motor according to the invention for a series connection of the four windings of a stator pole and a star connection of the three phases of the electric motor, -
6 : a block diagram of an embodiment of the switching device according to the invention for the electric motor according to FIG3 until5 , -
7 : an exploded drawing of the electric motor according to the invention with an electromechanical switching device according to the invention, -
8th : Exemplary embodiments of the electromechanical switching device according to the invention with a rotatable support, -
9 : Exemplary embodiments of the electromechanical switching device according to the invention with a displaceable carrier, -
10 : further exemplary embodiments for a displaceable carrier of the electromechanical switching device according to the invention, -
11 : another embodiment of a rotatable support of the electromechanical switching device according to the invention, -
12 : a schematic block diagram for the electrical processing device according to the invention, -
13 : a schematic representation of a second embodiment of the electrical processing device according to the invention in the form of a demolition hammer, -
14 : a schematic representation of a third exemplary embodiment of the electrical processing device according to the invention in the form of a demolition hammer, -
15 : Exemplary embodiments for a vibration-decoupled mounting of the switching device according to the invention with pressure-loaded damping elements in the form of rubber dampers, -
16 : Exemplary embodiments for a vibration-decoupled mounting of the switching device according to the invention with tensile-loaded damping elements in the form of rubber dampers, -
17 : Exemplary embodiments for a vibration-decoupled mounting of the switching device according to the invention with pressure-loaded damping elements in the form of spring dampers, -
18 : Exemplary embodiments for a vibration-decoupled mounting of the switching device according to the invention with tensile-loaded damping elements in the form of spring dampers, -
19 : a schematic representation of a fourth embodiment of the electrical processing device according to the invention in the form of a hammer drill, -
20 : a schematic representation of a fifth exemplary embodiment of the electrical processing device according to the invention in the form of an angle grinder, -
21 : a schematic representation of a sixth embodiment of the electrical processing device according to the invention in the form of an industrial vacuum cleaner and -
22 : a schematic representation of a seventh embodiment of the electrical processing device according to the invention in the form of a lawnmower.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
In dem Gehäuse 14 sind exemplarisch der von dem Akkupack 20 bzw. über das Netzkabel 22 mit Strom versorgte Elektromotor 12 samt einem Getriebe 24 und einem Schlagwerk 26 angeordnet. Der Elektromotor 12 ist über einen Hauptschalter 28 betätigbar, d.h. ein- und ausschaltbar sowie in seiner Drehzahl und/oder seinem Drehmoment veränderbar. Der Elektromotor 12 und das Getriebe 24 können alternativ auch in einem gemeinsamen Subgehäuse oder in separaten Motor- und Getriebegehäusen angeordnet sein, die ihrerseits im Gehäuse 14 aufgenommen sind. Das Schlagwerk 26 wird über eine Motorwelle 30 des Elektromotors 12 angetrieben und ist beispielhaft als ein Dreh- bzw. Rotationsschlagwerk ausgebildet, das schlagartige Drehimpulse mit hoher Intensität erzeugt und auf die Werkzeugaufnahme 18 überträgt, die zur wechselbaren Aufnahme eines Einsatzwerkzeugs 32 dient. Da die Werkzeugaufnahme 18 und das Einsatzwerkzeug 32 für die Erfindung als solche ohne Bedeutung sind, soll hierauf nicht näher eingegangen werden. Die möglichen Ausgestaltungsformen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.The
Der Elektromotor 12 wird von einer Leistungsbrücke 34 einer Leistungselektronik 36 mit einer pulsweitenmodulierten Motorspannung UM beaufschlagt. Dazu weist die Leistungsbrücke 34 diverse Leistungstransistoren (z.B. Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren, IGBT, oder dergleichen) auf, die je nach Ausführung des Elektromotors 12 z.B. als H-Brücke, B6-Brücke oder dergleichen verschaltet sein können. Eine Steuer- oder Regelelektronik 38 steuert die einzelnen Leistungstransistoren der Leistungsbrücke 34 entsprechend einem durch den Hauptschalter 28 vorgegebenen Signal zur Erzeugung der PWM-Spannung UM an. Da dem Fachmann die unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten der Leistungsbrücke 34 sowie der Steuer- oder Regelelektronik 38 bekannt sind, soll hierauf nicht näher eingegangen werden. Die Steuer- oder Regelelektronik kann beispielsweise als ein Mikrocontroller, DSP, ASIC oder dergleichen ausgebildet sein.The
Mit Bezug auf
Zurückkommend auf
Die Umschaltung zwischen den Betriebsarten des Elektromotos 12 kann entweder manuell durch einen vom Bediener betätigbaren Betriebsartenschalter 52 und/oder automatisch mittels einer Sensorik 54 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 erfolgen. Dabei kann die Steuer- oder Regelelektronik 38 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 ein Anforderungssignal des Betriebsartenschalters 52 bzw. der Sensorik 54 zur Umschaltung zwischen den Betriebsarten des Elektromotors 12 auswerten und die Umschaltvorrichtung 50 zur Parallel- und/oder Reihenschaltung der entsprechenden Wicklungen 48 ansteuern. Ist die Umschaltvorrichtung 50 elektromechanisch aufgebaut, so ist es alternativ auch denkbar, dass der Betriebsartenschalter 52 mechanisch mit der Umschaltvorrichtung 50 gekoppelt ist und diese direkt verstellt.Switching between the operating modes of the
Die Erzeugung des Anforderungssignals kann beispielsweise über eine Abdeckklappe 56 für einen Netzanschluss 58 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 erfolgen. Diese ist bei Akkubetrieb geschlossen und bei Netzbetrieb infolge eines eingesteckten Netzsteckers 60 des Netzkabels 22 geöffnet. Mittels der Sensorik 54, beispielsweise in Form eines Reed-Kontakts oder Microschalters, wird die Stellung der Abdeckklappe 56 erfasst und das entsprechende Anforderungssignal zum Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH an die Steuer- oder Regelelektronik 38 gesendet. Ein Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH hat dabei trotz eingeschobenem Akkupack 20 Vorrang gegenüber dem Betrieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Spannungsversorgung mit der höchsten Leistungsfähigkeit Vorrang hat. Die Leistungselektronik 36 teilt sich dazu auf in eine erste Leistungselektronik 36H für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und in zumindest eine zweiten Leistungselektronik 36L für den Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL. In besonders vorteilhafter Weise sind die beiden Leistungselektroniken 36H, 36L galvanisch voneinander getrennt. Hierauf soll später noch näher mit Bezug auf
Die Erzeugung des Anforderungssignals bzw. die Detektion der gewünschten Betriebsart kann auf verschiedene weitere Weisen realisiert werden. Beispielsweise könnte sie auch mittels eines Human Machine Interfaces (HMI) in Gestalt eines Bedienpanels oder eines Touchdisplays am elektrischen Bearbeitungsgerät 10 erfolgen, das der Bediener entsprechend zu betätigen hat. Ein derartiges HMI kann zusätzlich auch als Anzeige für den mittels der Umschaltvorrichtung 50 eingestellten Betriebsmodus dienen. Selbstverständlich kann die Umschaltvorrichtung 50 auch selbst eine entsprechende Anzeige, beispielsweise in Form einer LED oder dergleichen aufweisen. Ergänzend oder alternativ wäre eine Steuerung per App über eine kabellose Schnittstelle per WLAN, Bluetooth oder dergleichen am elektrischen Bearbeitungsgerät 10 denkbar. Auch ein Schalter oder Taster am Netzkabel 22 wäre möglich. Weitere Lösungen zur Umschaltung der Betriebsart des Elektromotos 12 könnten durch einen RFID-Tag am Netzkabel 22, durch eine direkte Sensierung der Versorgungsspannung im elektrischen Bearbeitungsgerät 10 z.B. mittels Step-Up- und/oder Step-Down-Konverter oder durch eine Kodierung im Akkupack 20 realisiert sein. Für den Fall, dass sowohl das Netzkabel 22 als auch der Akkupack 20 mit dem elektrischen Bearbeitungsgerät 10 verbunden ist, könnte die Spannungsversorgung mit der höchsten Leistungsfähigkeit (sehr leistungsfähige Akkupacks haben teilweise eine höhere Stromlieferfähigkeit als eine Versorgung über das Stromnetz) oder grundsätzlich die Netzspannung Vorrang haben. Eine entsprechende Einstellung der Prioritäten kann beispielsweise in einer App vorgenommen werden. Weiterhin kann auch automatisch zwischen beiden Betriebsarten gewechselt werden, wenn z.B. die Netzversorgung bei eingestecktem Akkupack 20 abreißt oder umgekehrt ein eingesteckter Akkupack 20 weitestgehend entladen wurde.The generation of the request signal or the detection of the desired operating mode can be implemented in various other ways. For example, it could also be done using a human-machine interface (HMI) in the form of a control panel or a touch display on the
Denkbar sind auch Sicherheitsfeatures, wie eine automatische oder manuelle Umschaltung auf Netzbetrieb im Falle des Transports des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 mit einem oder mehreren eingestecktem Akkupacks 20. Eine manuelle Umschaltung in einen Transportmodus erfolgt dabei beispielsweise durch den Bediener per Betriebsartenschalter 52 oder HMI; eine automatische Umschaltung erfolgt bei längerer Nichtbenutzung durch einen im elektrischen Bearbeitungsgerät 10 integrierten Bewegungs- oder Beschleunigungssensor. Wird das elektrische Bearbeitungsgerät 10 mit mehreren in Reihe geschalteten Akkupacks 20 (z.B. 2 x 18 V) transportiert, so ist auch eine galvanische Trennung der einzelnen Akkupacks 20 denkbar, um damit entsprechenden Transportnormen gerecht zu werden, da dann jeder Akkupack 20 als Einzelakkupack angesehen wird. Eine automatische Umschaltung vom Akku- auf den Netzbetrieb kann zudem vorgesehen sein, wenn es insbesondere bei einer Versorgung des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 durch mehrere in Reihe geschaltete Akkupacks 20 zu einem plötzlichen Temperaturanstieg eines der eingesteckten Akkupacks 20 kommt. Entsprechendes ist denkbar, wenn es zu einem abrupten Spannungsabfall der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL kommt, oder diese außerhalb eines zulässigen Spannungsbereichs liegt.Safety features are also conceivable, such as an automatic or manual switchover to mains operation when the
Da die Umschaltvorrichtung 50 mit Bezug auf
- • UH = 230 V AC (ca. 300 V DC), UL = 12 V DC → M * N = 25
Wicklungen 48 - • UH = 230 V AC (ca. 300 V DC), UL = 18 V DC (max. ca. 20 V) → M * N = 15
Wicklungen 48 - • UH = 230 V AC (ca. 300 V DC), UL = 36 V DC (max. ca. 40 V) → M * N ≅ 8
Wicklungen 48 - • UH = 120 V AC (ca. 150 V DC), UL = 12 V DC → M * N ≅ 12
Wicklungen 48 - • UH = 120 V AC (ca. 150 V DC), UL = 18 V DC (max. ca. 20 V) → M * N ≅ 8
Wicklungen 48 - • UH = 120 V AC (ca. 150 V DC), UL = 36 V DC (max. ca. 40 V) → M * N ≅ 4
Wicklungen 48
- • U H = 230 V AC (approx. 300 V DC), UL = 12 V DC → M * N = 25
windings 48 - • U H = 230 V AC (approx. 300 V DC), UL = 18 V DC (max. approx. 20 V) → M * N = 15
windings 48 - • U H = 230 V AC (approx. 300 V DC), UL = 36 V DC (max. approx. 40 V) → M * N ≅ 8
windings 48 - • U H = 120 V AC (approx. 150 V DC), UL = 12 V DC → M * N ≅ 12
windings 48 - • U H = 120 V AC (approx. 150 V DC), UL = 18 V DC (max. approx. 20 V) → M * N ≅ 8
windings 48 - • U H = 120 V AC (approx. 150 V DC), UL = 36 V DC (max. approx. 40 V) → M * N ≅ 4
windings 48
Für einen möglichst optimalen Rundlauf und entsprechend optimierte Symmetrieeigenschaften des Elektromotors 12 ist es zweckmäßig, die Anzahl der Wicklungen 48 gleichmäßig über die M Statorzähne 46 der Statorpole 44 zu verteilen. Weist z.B. jeder Statorpol 44I, 44", 44III M = 2 Statorzähne 46 auf, so sollte die Anzahl der Wicklungen 48 je Statorpol 344I, 44", 44III ganzzahlig durch M teilbar sein, also z.B. im Falle von 2 Statorzähnen 46 je Statorpol 344I, 44", 44III 26 statt 25 und 16 statt 15 Wicklungen 48.For the best possible concentricity and correspondingly optimized symmetry properties of the
Für einen Betrieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL kann beispielweise ergänzend vorgesehen sein, dass die Umschaltvorrichtung 50 die Wicklungen 48 eines Statorpols 344I, 44II, 44III derart parallelschaltet, dass im Falle eines kleinen Maximalstroms, eine kleinere Anzahl J < M * N Wicklungen 48 parallelgeschaltet ist, als im Falle eines gegenüber dem kleinen Maximalstrom deutlich höheren Maximalstroms. Entsprechend können für einen Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH J < M * N Wicklungen 48 in Reihe geschaltet werden, um den Elektromotor 12 mit unterschiedlichen Netzspannungen betreiben zu können. Auch ist es möglich, dass die Umschaltvorrichtung 50 zumindest einen Teil der M * N Wicklungen 48 eines Statorpols 344I, 44II, 44III für einen Betrieb mit zumindest einer Zwischenspannung UZ parallel und in Reihe schaltet, wobei die Zwischenspannung UZ zwischen der zumindest einen ersten Versorgungsspannung UH und der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL liegt.For operation with the second supply voltage U L , it can be additionally provided, for example, that the switching
In
- • UH = 230 V AC (ca. 300 V DC), UL = 12 V DC → M * N ≅ 14
Wicklungen 48 - • UH = 230 V AC (ca. 300 V DC), UL = 18 V DC (max. ca. 20 V) → M * N ≅ 9
Wicklungen 48 - • UH = 230 V AC (ca. 300 V DC), UL = 36 V DC (max. ca. 40 V) → M * N ≅ 4
Wicklungen 48 - • UH = 120 V AC (ca. 150 V DC), UL = 12 V DC → M * N ≅ 7
Wicklungen 48 - • UH = 120 V AC (ca. 150 V DC), UL = 18 V DC (max. ca. 20 V) → M * N ≅ 4
Wicklungen 48 - • UH = 120 V AC (ca. 150 V DC), UL = 36 V DC (max. ca. 40 V) → M * N ≅ 2
Wicklungen 48
- • U H = 230 V AC (approx. 300 V DC), UL = 12 V DC → M * N ≅ 14
windings 48 - • U H = 230 V AC (approx. 300 V DC), UL = 18 V DC (max. approx. 20 V) → M * N ≅ 9
windings 48 - • U H = 230 V AC (approx. 300 V DC), UL = 36 V DC (max. approx. 40 V) → M * N ≅ 4
windings 48 - • U H = 120 V AC (approx. 150 V DC), UL = 12 V DC → M * N ≅ 7
windings 48 - • U H = 120 V AC (approx. 150 V DC), UL = 18 V DC (max. approx. 20 V) → M * N ≅ 4
windings 48 - • U H = 120 V AC (approx. 150 V DC), UL = 36 V DC (max. approx. 40 V) → M * N ≅ 2
windings 48
Für einen Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH ist es zweckmäßig, in Ergänzung zur Sternschaltung sämtliche Wicklungen 48 eines Statorpols 344I, 44", 44III in Reihe zu schalten. Ergänzend oder alternativ kann es für einen Betrieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL zweckmäßig sein, in Ergänzung zur Dreieckschaltung sämtliche Wicklungen 48 eines Statorpols 344I, 44II, 44III parallel zu schalten. Da immer alle Wicklungen 48 des Stators 42 gleichzeitig bestromt werden, kann auf diese Weise der Elektromotor 12 bei optimaler Ausnutzung des Bauraums und minimaler Wicklungsanzahl einerseits mit einer Sternschaltung der Phasen U, V, W für die erste Versorgungsspannung UH und mit einer Dreieckschaltung der Phasen U, V, W für die zweite Versorgungsspannung UL betrieben werden. Mit besonderem Vorteil lässt sich der Elektromotor 12 im Akkubetrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL nicht auf eine Sternschaltung umschalten, sondern nur mit in Dreieck geschalteten Phasen U, V, W betreiben. Somit werden alle Wicklungen 48 mit einer geringeren Motorspannung UM als im Netzbetrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH versorgt und der Elektromotor 12 läuft mit reduzierter Leistung. Dies erlaubt dann beispielsweise einen sanften Anlauf des Elektromotors 12 eines als Bohrhammer ausgestalteten elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 zur Erzeugung einer möglichst effektiven Schlagenergie. Ebenso kann diese Vorgehensweise auch einen Warmlauf, einen reduzierten Betrieb für Wechselakkupacks 20 mit verminderter Leistungsfähigkeit (z.B. infolge Alterung) oder eine reduzierte Leistungsaufnahme im Leerlauf ermöglichen. Dabei kann zusätzlich vorgesehen sein, dass der Elektromotor 12 bei Umschaltung der Wicklungen 48 zwischen dem Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und der zweiten Versorgungspannung UL sowohl mit in Sternschaltung als auch mit in Dreieckschaltung geschalteten Phasen U, V, W mit im Wesentlichen gleicher Maximalleistung betreibbar ist.For operation with the first supply voltage U H , it is expedient to connect all
In Verbindung mit der Möglichkeit eines Sanftanlaufs und einer entsprechend hohen Anzahl N von Wicklungen 48 je Statorzahn 46I, 46", von denen dann nicht alle Wicklungen 48 permanent bestromt sind, kann weiterhin ein so genannter Booster-Betrieb umgesetzt werden, bei dem die Umschaltvorrichtung 50 kurzzeitig alle Wicklungen 48 der Statorzähne 46 für den Betrieb mit der zumindest einen ersten Versorgungsspannung UH und für den Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL gleichzeitig bestromt, um eine deutlich höhere Motorleistung zur Deckung von Leistungsspitzen zu erzielen. Ein Booster-Betrieb ist ergänzend oder alternativ gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
Ein Booster-Betrieb kann auch derart realisiert werden, dass zumindest eine der Wicklungen 48 eines Statorzahns 46I, 46" nur hierfür zusätzlich bestromt wird und ansonsten für den Akku- und Netzbetrieb im normalen Leistungsbereich unbestromt bleibt.Booster operation can also be implemented in such a way that at least one of the
Die Umschaltvorrichtung 50 weist je Phase U, V, W bzw. Statorpol 44I, 44II, 44III eine Mehrzahl erster Schaltelemente 66 zur Reihenschaltung der Wicklungen 48 der Statorzähne 46 und eine Mehrzahl zweiter Schaltelemente 68 zur Parallelschaltung der Wicklungen 48 der Statorzähne 46 auf. Dabei sind für jeden Statorpol 44I, 44", 44III mit jeweils M Statorzähnen 46 und N Wicklungen 48 je Statorzahn 46I, 46" zur Reihenschaltung und/oder zur Parallelschaltung der insgesamt M * N Stator-Wicklungen 48 M * N - 1 erste Schaltelemente 66 und M * (2N - 1) zweite Schaltelemente 68 vorgesehen. Bei einem dreiphasigen Stator 42 mit drei Statorpolen 44, M = 2 Statorzähnen 46 pro Statorpol 44I, 44II, 44III und N = 2 Wicklungen 48 pro Statorzahn 46I, 46" ergeben sich auf diese Weise je Statorpol 44I, 44II, 44III 2 * 2 - 1 = 3 erste Schaltelemente 66 und 2 * (4 - 1) = 6 zweite Schaltelemente 68. In Summe weist die Umschalteinrichtung 50 daher 3 * (3 + 6) = 27 erste und zweite Schaltelemente 66, 68 auf. Zur Reihenschaltung der Wicklungen 48 werden die ersten Schaltelemente 66 der Umschaltvorrichtung 50 geschlossen und die zweiten Schaltelemente 68 geöffnet, während zur Parallelschaltung der Wicklungen 48 in umgekehrter Weise die ersten Schaltelemente 66 geöffnet und die zweiten Schaltelemente 68 geschlossen werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt demnach eine Reihenschaltung der Wicklungen 48 vor.
Um die Phasen U, V, W des Elektromotors 12 bzw. dessen Statorpole 44 ergänzend in einer Stern- oder Dreieckschaltung verschalten zu können, ist je Statorpol 344I, 44", 44III zusätzlich noch ein drittes Schaltelement 70 und ein viertes Schaltelement 72 vorgesehen. Dabei werden zur Sternschaltung der Phasen U, V, W die dritten Schaltelemente 70 geschlossen und die vierten Schaltelemente 72 geöffnet, während für die Dreieckschaltung der Phasen U, V, W die dritten Schaltelemente 70 geöffnet und die vierten Schaltelemente 72 geschlossen werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt demnach neben der Reihenschaltung der Wicklungen 48 eine Dreieckschaltung vor, also eine gegenüber den
Zum Aktivieren einer Reihenschaltung aller Wicklungen 48 eines Statorpols 44I, 44", 44III in Verbindung mit einer Sternschaltung der Phasen U, V, W gemäß
Um den Elektromotor 12 auch in Ländern mit leicht abweichenden ersten Versorgungspannungen UH betreiben zu können (beispielsweise Japan, Australien, etc.), ist im Falle der Sternschaltung je Statorpol 344I, 44", 44III eine zuschaltbare Last 74 vorgesehen. Diese ist derart zwischen dem vierten Schaltelement 72 und einem Massepotential GND der Umschaltvorrichtung 50 geschaltet, dass sie nur bei geschlossenem vierten Schaltelement 72 der Umschaltvorrichtung 50 wirken kann. Dazu weist die zuschaltbare Last 74 eine Parallelschaltung eines weiteren Schaltelements 76 und eines Leistungswiderstands 78 auf. Durch ein Schließen des weiteren Schaltelements 76 kann die Last 74 deaktiviert und durch ein Öffnen aktiviert werden. So ist es bei aktivierter Sternschaltung und Last 74 auf sehr einfache Weise möglich, einen Netzbetrieb mit 240 V statt 230 V oder mit 120 V statt 110 V zu realisieren. Eine Erkennung der jeweiligen ersten Versorgungsspannung UH kann beispielsweise über eine entsprechende mechanische oder elektrische Kodierung, einen RFID-Tag oder dergleichen am Netzkabel 22 erfolgen. Ebenso ist eine Umschaltung durch den Bediener mittels des Betriebsartenschalters 52 oder eines HMI des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 oder aber im Gegensatz dazu eine feste Vorgabe, die nur vom Hersteller verändert werden kann, denkbar.In order to also be able to operate the
In einer weiteren Ausführungsform weist die Umschaltvorrichtung 50 zumindest ein zusätzliches Umschaltelement (nicht gezeigt) zur Umschaltung zweier Lage- und/oder Drehzahlsensoriken 78H, 78L für den Rotor 40 des Elektromotors 12 in Abhängigkeit vom Betrieb des Elektromotors 12 mit der ersten Versorgungsspannung UH oder mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL auf (vgl.
Sämtliche Schaltelemente der Umschaltvorrichtung 50 können als Halbleiter-Schalter, insbesondere als MOSFETs, Feldeffekt-Transistoren, IGBT, BipolarTransistoren, oder dergleichen ausgebildet sein. Ebenso sind Relais denkbar. Je nach Anforderung an die Belastbarkeit und Schaltgeschwindigkeit kommen aber auch Mischformen in Frage, bei denen beispielsweise die ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 als Halbleiter-Schalter und die dritten und vierten Schaltelemente 70, 72 sowie die weiteren Schaltelemente 76 als Relais ausgebildet sind.All switching elements of switching
Wie bereits weiter oben erwähnt, erfolgt die Umschaltung insbesondere der ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelemente 66, 68, 70, 72 der Umschaltvorrichtung 50 mittels der in dem elektrischen Bearbeitungsgerät 10 integrierten Steuer- oder Regelelektronik 38 in Abhängigkeit vom Betriebsartenschalter 52 bzw. von der Sensorik 54. Gleichzeitig steuert die Steuer- oder Regelelektronik 38 in Abhängigkeit vom Hauptschalter 28 die Leistungsbrücke 34 zur Beaufschlagung der Wicklungen 48 der einzelnen Phasen U, V, W mit der PWM-Spannung UM an. Die Umschaltvorrichtung 50 befindet sich daher schaltungstechnisch zwischen der Leistungsbrücke 34 und dem Elektromotor 12. Wie nachfolgend in Verbindung mit den
In
Mittels der an dem Adapterring 80 als Kontaktstifte 90 und an der Umschaltvorrichtung 50 als Kontaktbuchsen 68, (nicht im Detail gezeigt) ausgebildeten elektrischen Kontaktpunkte 62 sind die Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 76 der Umschaltvorrichtung 50 mit den Wicklungen 48 der Statorpole 44 bzw. Statorzähne 46 an einer der Motorwelle 30 abgewandten Seite des Elektromotors 12 reversibel verbindbar. Dazu sind die elektrischen Kontaktpunkte 62 jeweils ringförmig verteilt am Adapterring 80 und an einem äußeren Umfang der Umschaltvorrichtung 50 angeordnet. Somit kann die Umschaltvorrichtung 50 seitens des Herstellers sehr einfach auf die Adapterplatte 80 des Stators 42 aufgesteckt und bei Bedarf wieder von dieser abgezogen werden. Die Kontaktstifte 90 sind ihrerseits mit den Wicklungen 48 des Stators 42 dauerhaft verlötet, vercrimpt oder verschweißt. Die Kontaktbuchsen 92 der Umschaltvorrichtung 50 können einstückig über Kupferbahnen im Sinne eines Stanzgitters oder ebenfalls über Löt-, Crimp- oder Schweißverbindungen mit den Schaltelementen 66, 68, 70, 72, 76 verbunden sein. Statt einer reversiblen Steckverbindung zwischen Umschaltvorrichtung 50 und Adapterring 80 ist es alternativ auch denkbar, dass die elektrischen Kontaktpunkte 62 zwischen Umschaltvorrichtung 50 und Adapterring 80 bzw. den Wicklungen 48 dauerhaft verlötet oder verschweißt sind. Ebenso ist eine direkte Crimp- oder Schraubverbindung der Wicklungen 48 mit den Schaltelementen 66, 68, 70, 72, 76 oder den elektrischen Kontaktpunkten 62 der Umschaltvorrichtung 50 möglich.The switching
Die elektromechanische Umschaltvorrichtung 50 ist zweiteilig aufgebaut. Sie besteht aus einem topfförmigen Gehäuseteil 94 und einem Deckel 96 der im gezeigten Ausführungsbeispiel als drehbarer Betriebsartenschalter 52 ausgebildet ist. In dem topfförmigen Gehäuseteil 94 sind die als Kontaktbuchsen 92 ausgebildeten elektrischen Kontaktpunkte 62 ringförmig angeordnet und beispielswiese per Stanzbahnen, Kabel oder Leiterbahnen einer Leiterplatte mit den Anschlüssen der Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 76 verbunden. Die Anschlüsse der Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 76 können beispielsweise als Kontaktgleiter bzw. Kontaktfedern 98 ausgebildet sein, die aus einer Kupferlegierung wie z.B. CuSn6 bestehen oder als Sandwichfedern bestehend aus einem Federstahl mit Kupferauflage ausgebildet sind und über entsprechende Kontaktbahnen 100 gleiten (vgl. hierzu auch
In
Die zumindest eine Leiterplatte 102 ist derart mittelbar (beispielsweise über ein Gestänge, Getriebe oder dergleichen) oder gemäß
Alternativ ist es auch denkbar, dass die ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 zur Parallel- bzw. Reihenschaltung der Wicklungen 48 aller drei Statorpole 44 auf einer ersten tellerförmigen Leiterplatte 102 angeordnet sind und die Umschaltvorrichtung 50 eine unabhängig von der ersten Leiterplatte 102 drehbare zweite tellerförmige Leiterplatte 102 mit den dritten und vierten Schaltelementen 70, 72 zur wahlweisen Dreieck- oder Sternschaltung der drei Phasen U, V, W bzw. Statorpole 44 aufweist. Auf diese Weise kann mittels eines entsprechend zweiteilig ausgestalteten Betriebsartenschalters 52 die Verschaltung der Wicklungen 48 und der Phasen U, V, W unabhängig voneinander erfolgen. In analoger Weise können auch die weiteren Schaltelemente 76 für die schaltbare Last 74 zur Anpassung an nationale Gegebenheiten der ersten Versorgungsspannung UH und/oder die Schaltelemente für die Umschaltung der Lage- und Drehzahlsensorik 78 (vgl.
In
Während sich im Ausschnitt gemäß
In den
Sämtliche Ausgestaltungsformen der elektromechanischen Umschaltvorrichtung 50 können auch miteinander kombiniert werden. Ebenso ist eine Kombination aus einer elektromechanischen und einer aus Halbleiter-Schaltern bzw. Relais bestehenden, elektronischen Umschaltvorrichtung 50 im elektrischen Bearbeitungsgerät 10 denkbar. Statt einer Leiterplatte 102 mit aufgedruckten Kontaktbahnen 100 können die Kontaktbahnen 100 auch als ein Stanzgitter ausgebildet sein, das mit einem Kunststoff umspritzt ist und das dann selbst das topfförmige Gehäuseteil 94 bildet.All of the configurations of the
In
Wesentliche Komponenten des Abtriebsteils 116 sind das Getriebe 24 sowie eine spezielle Abtriebsmechanik 122 für das jeweilige Anwendungsgebiet des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10. Unter dem Abtriebsteil 116 soll daher eine Mechanik verstanden werden, die die Antriebsenergie des Elektromotors 12 zur Verwendung des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 mechanisch umwandelt. Ein Beispiel für eine Abtriebsmechanik 122 des Abtriebsteils 116 wäre das in der Beschreibung zu
Für die Erfindung wesentliche Komponenten des Versorgungs- und Antriebsteils 120 sind die die Umschaltvorrichtung 50 aufweisende Leistungselektronik 36 und der Elektromotor 12. Auf die Darstellung der die Leistungselektronik 36 ansteuernden Steuer- oder Regelelektronik 38 sowie ggf. weiterer Komponenten des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 soll hier der Übersichtlichkeit halber verzichtet werden. Die Leistungselektronik 36 teilt sich auf in die erste Leistungselektronik 36H zum Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und in die zumindest eine zweite Leistungselektronik 36L zum Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL, wobei die erste Versorgungsspannung UH beispielsweise durch ein nationales Stromnetz (angedeutet durch die Steckdose) bereitgestellt wird, während die zumindest eine zweite Versorgungsspannung UL von dem Akkupack 20 geliefert wird. Somit ist die erste Leistungselektronik 36H als eine AC-Elektronik und die zumindest eine zweite Leistungselektronik 36L als eine DC-Elektronik ausgebildet. Vorzugsweise sind die beiden Leistungselektroniken 36H, 36L galvanisch voneinander getrennt, um Spannungsüberschläge zwischen ihnen zu vermeiden. Beiden Leistungselektroniken 36H, 36L gemein ist die Leistungsbrücke 34 zur Ansteuerung des Elektromotors 12 über die Umschaltvorrichtung 50 mittels der PWM-Spannung UM. Die Umschaltvorrichtung 50 befindet sich innerhalb des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 diesseits der topologischen Trennungslinie 118 zwischen dem Elektromotor 12 und der Leistungsbrücke 34. Wie zuvor beschrieben, kann sie dabei als modulare Baugruppe des Elektromotors 12 ausgebildet sein oder sich als vom Elektromotor 12 mechanisch getrennte Baugruppe an anderer Stelle im elektrischen Bearbeitungsgerät 10 befinden. Auch eine Aufteilung der Umschaltvorrichtung 50 in einen elektronischen und einen elektromechanischen Teil oder in mehrere elektromechanische oder elektronische Teile innerhalb des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 ist möglich.Components of supply and drive
Der Akkupack 20 ist mit Bezug auf
Die Umschaltung zwischen den Betriebsarten des Elektromotos 12 kann wie schon im ersten Ausführungsbeispiel gemäß
In
Als Alternative oder Ergänzung zur Vibrationsentkopplung des Gehäuses 14 von der Abtriebsmechanik 122 und/oder dem Elektromotor 12 kann es auch vorgesehen sein, die Umschaltvorrichtung 50 selbst vom Gehäuse 14 zu entkoppeln. Dies soll anhand unterschiedlicher Ausführungsbeispiele gemäß der nachfolgenden
In
In den
In den
Die
Der in
Es sei abschließend darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele weder auf die
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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